都立大、超伝導体ではない合金同士を固溶させて超伝導体を合成

東京都立大学(都立大)は12月12日、磁性元素である鉄(Fe)とニッケル(Ni)を含み、超伝導体ではない合金である「FeZr₂」と「NiZr₂」を固溶させて合成した遷移金属ジルコナイド「Fe_1-xNi_xZr₂」が超伝導体であることを見出したと発表した。

同成果は、都立大大学院 理学研究科の島田竜之介大学院生、同・山下愛智助教、同・水口佳一准教授、北海道大学大学院 工学研究院の三浦章准教授、広島大学 先進理工系科学研究科の森吉千佳子教授らの国際共同研究チームによるもの。詳細は、材料科学・固体化学・物理学に関する学際的な学術誌「Journal of Alloys and Compounds」に掲載された。

現在、液体窒素温度(77K＝約-196℃)で超伝導状態になる「高温超伝導体」の応用が進められている。高温超伝導のメカニズムは物質の磁気秩序と関連があることから、これまでは主に磁性元素を含んだ物質や磁気秩序を示す物質の周辺での探索が進められてきた。これまで、鉄系や銅酸化物系、さらに最近になってからはニッケル系酸化物での高温超伝導が確認されている。

そこで研究チームは今回、古くから知られるCuAl₂型構造を有する遷移金属ジルコナイド「TrZr₂」(Tr:遷移金属元素、Zr:ジルコニウム)に着目したという。TrZr₂はさまざまな遷移金属がTrサイトを占有でき、その超伝導転移温度は比較的高いことが知られていた。一方、FeZr₂やNiZr₂など磁性元素を含む物質では超伝導が観測されておらず、その物性も十分に解明されていない状況だ。そこで今回の研究では、超伝導体を示さないFeZr₂とNiZr₂を固溶させたFe_1-xNi_xZr₂を新たに合成し、その結晶構造と物性を評価したとする。